為實現下一代 PPAC（功率、性能、面積、成本）目標，半導體制造商不斷縮小器件尺寸，采用更復雜的器件結構和更特殊的材料。

同時，制造流程需在更極端的溫度下進行，進出工藝腔室的物料流量也持續增加。

原子層沉積（ALD）和原子層刻蝕（ALE）等工藝會產生大量熱量，這些熱量需快速排出，以確保晶圓上發生正常的化學反應。隨著器件結構尺寸縮小、復雜度提升，且工藝工程師追求更快的刻蝕速率，工藝過程中產生的熱量不斷增多。由于需要排出的熱量增加，設備原始設備制造商（OEM）對冷水機的制冷溫度要求越來越低。

例如，Lam 去年推出的 Cryo 3.0 刻蝕技術，要求溫度控制單元的溫度遠低于 0℃。這一技術支持埃級輪廓控制，能夠在不影響特征形狀的前提下高效刻蝕至新的深度。

“如今，-20℃和 - 40℃的溫度要求已十分常見，客戶還提出了未來達到 - 80℃、-100℃的目標，” 工業流體系統制造與支持領域全球領導者 Swagelok 的首席解決方案專家 Margaret Brennan 表示。

所有工藝過程中保持精確的溫度控制至關重要，在極高或極低溫度下，這一挑戰更為嚴峻。若溫度控制不精確，薄膜厚度和工藝效率會受影響。暴露在高溫下還意味著晶圓及生產設備必須充分冷卻，以避免損壞。

在 “熱回路”（包括冷水機、泵、熱交換器及連接這些組件的各類部件構成的生態系統）中，質量、兼容性、性能和生命周期比以往任何時候都更為重要，因為這些極端溫度可能帶來新的挑戰。

熱回路的效能對半導體工廠的盈利能力有重大影響。冷水機故障或底層廠房（sub-fab）內冷凝水導致的積水清理相關的停機時間，可能造成顯著的產能損失。即使避免了停機，軟管絕緣不當、安裝及布線技術不合理也可能導致能源成本大幅上升，進而增加運營支出。

優化熱回路的軟管絕緣方案

熱回路管理的主要挑戰之一是，冷水機和軟管與眾多其他設備一同位于底層廠房內。例如，在 Intel 俄勒岡州的 D1X 工廠，底層廠房內設有數萬臺泵、變壓器、配電柜、洗滌器、處理系統等設備 —— 所有這些設備都為正上方潔凈室中的 1200 臺芯片制造設備提供支持。

底層廠房內空間極為緊張，設備的可靠性也至關重要：任何故障都可能導致生產中斷，且代價高昂。能源效率對于降低成本和實現可持續發展目標也至關重要。靈活性同樣重要，因為工藝設備可能會升級或移動，底層廠房內的輔助設備和輸送管線必須隨之調整以適應變化。

根據冷卻需求，所需的溫度調節流體范圍從簡單的工藝冷卻水（PCW）到液態氟化傳熱流體和氟化制冷劑不等。由于介質需要從底層廠房一路輸送至設備，沿途會有大量熱量散失。“這就是絕緣材料發揮作用的地方，具體取決于軟管內介質溫度與環境空氣溫度的差異，”Brennan 表示。

Swagelok 提供多種絕緣軟管，選擇合適的絕緣等級有助于在實現可靠性能的同時優化成本。需注意的是，連接熱回路組件的軟管長度可能在 30 至 50 英尺之間，由于其關鍵作用，對制造商而言成本較高。絕緣不足可能導致冷凝，進而造成軟管故障；而過度絕緣則會進一步推高成本，且對原始設備制造商（OEM）或工廠幾乎沒有益處。

“如果軟管表面溫度降至露點以下，就會開始形成冷凝水，類似夏天冰鎮玻璃杯外壁起霧的現象，”Swagelok 產品經理 Doug Nordstrom 解釋道。“空氣中的水分會在軟管表面凝結形成水滴。雖然只是水，但在底層廠房內，安全規程要求識別所有滴落液體，因此工作人員需要疏散該區域，并可能停止生產以確認液體成分。這種非計劃停機是無法接受的。”

Swagelok 提供一種低導熱率氣凝膠絕緣材料，可在實現目標表面溫度的前提下最大限度減少體積。柔性聚烯烴熱縮絕緣軟管護套使軟管具備柔韌性、抗蒸汽滲透性和耐磨性。

該材料適用于軟管表面溫度在–65°F（–53°C）至 257°F（125°C）范圍內的連續使用場景。

Nordstrom 表示，若能保持溫度高于露點，增加傳統絕緣材料的層數會有幫助，但這類物理絕緣材料僅適用于約 - 30°C 的溫度。“隨著工藝對溫度的要求越來越低，我們需要采用不同的絕緣技術，” 他說。真空絕緣軟管由此應運而生。“我們的 FV 系列軟管采用內外雙層結構，中間設有真空層。

這一設計可完全消除對流和傳導（我們還提供減少輻射傳熱的可選方案），即使在 - 200°C 等深冷溫度下也能提供良好的絕緣效果。根據軟管的組裝方式，無需設置真空接口，從而消除了真空度下降的主要根源。這確實是未來的發展趨勢，” 他補充道。

FV 系列真空絕緣軟管在緊湊的結構中提供兩級絕緣性能。其他特性和優勢包括：

• 可通過多層絕緣增強真空絕緣效果，以應對輻射傳熱

• 完全退火處理，通過定型保持能力簡化軟管布線

• 316L 不銹鋼接觸介質表面，適用于液體和氣體介質

• 接觸介質的釬焊材料符合 AMS 4777（鎳合金）標準

• 彩色聚烯烴護套便于工藝管線的顏色編碼識別

布線至關重要

除絕緣外，合理的冷水機管線布線是防止冷凝的另一重要手段。當低溫冷水機軟管布線過于靠近時，軟管表面溫度可能降至露點以下，導致冷凝水形成。軟管間距越小，軟管之間空氣的溫度就越接近軟管內介質的溫度。“我們已與客戶合作開發了物理間隔裝置，防止軟管相互接觸，避免出現冷點或熱點，”Nordstrom 表示。

Swagelok 的 Brennan 指出，布線還會影響軟管的性能和生命周期。“安裝時必須考慮軟管的最小直線長度和最小彎曲半徑。避免為了擠入狹窄空間而過度彎曲軟管，因為這可能導致軟管扭結，阻礙流量。雖然添加絕緣層不會改變軟管的最小彎曲半徑，但過度彎曲仍可能因拉伸或擠壓影響絕緣性能。

最小直線長度有助于防止軟管在靠近端部接頭處過度彎曲。過度彎曲可能會破壞軟管的各層結構，進而影響其密封完整性和絕緣性能。”